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FÍSICA II - 1ª Parte Professor: Jonk Jones 1 1. FLUIDO 1.1. Definição de um Fluido A matéria pode apresentar-se sob, pelo menos, três formas diferentes. Estas formas, também chamadas de estados físicos fundamentais, são os estados sólido, líquido e gasoso. A matéria no estado líquido ou no estado gasoso é chamada de FLUIDO. A definição mais elementar de fluido diz: Fluido é uma substância que não tem forma própria, assumindo a forma do recipiente que o contém. A uma determinada temperatura e pressão, um fluido possui uma densidade definida. Com a densidade de um fluido depende da temperatura e da pressão, a variação da densidade ao modificar estas condições pode ser grande ou pequena. Se a densidade varia pouco com variações moderadas de temperatura e pressão o fluido se denomina Incompressível. Se a densidade varia consideravelmente com relação à pressão e temperatura, o fluido recebe o nome de Compressível. Os fluidos podem ser ainda divididos em: Líquidos: são praticamente incompressíveis; ocupando volumes definidos e tem superfícies livres. Gases: são compressíveis, e uma dada massa de gás expande-se até ocupar todas as partes do recipiente em que está contida. 2. PRESSÃO Consideremos uma superfície de área A sobre a qual se distribui perpendicularmente um sistema de forças de resultante igual a F. Chamamos de pressão média na superfície em questão o quociente entre o modulo da força e a área da superfície considerada . FÍSICA II - 1ª Parte Professor: Jonk Jones 2 Para um sistema de forças com distribuição uniforme sobre a superfície, a pressão média será igual à pressão em qualquer ponto. No SI, a unidade de pressão é o Pascal (Pa), que equivale a um Newton por metro quadrado (N/m²). 1 Pa = 1 N/m² Outra unidade muito usada é o dina (sistema CGS) por centímetro quadrado (dyn / cm²) ou bária (BA): 1 ba = 0,1 Pa Exemplo: - Uma área de 1,5 m² está submetida a uma pressão uniforme de 10 Pa. Qual a força total, em newtons, que age sobre a superficie? F = p . A F= 10 x 1,5 = 15 N 2.1. Pressão Atmosférica A Terra está envolta por uma camada de gases, o ar, chamada atmosfera. Como o ar também tem peso, ele exerce uma pressão sobre a superfície da Terra chamada Pressão Atmosférica. Ao nível do mar, a pressão atmosférica vale: Este valor é chamado de pressão atmosférica normal. Atmosfera (atm) é outra unidade usada como medida para a pressão. FÍSICA II - 1ª Parte Professor: Jonk Jones 3 3. DENSIDADE Consideremos um corpo de massa m e volume V. A densidade do corpo é definida como o quociente da massa pelo volume. A unidade para a densidade no SI é o quilograma por metro cúbico (kg/m³). Lembramos que a unidade litro (l) também é muito usada para a medida de volume, equivalendo a: 1 l = 1 dm³ = 1,0 x 10ˉ³ m³ Apresentamos, a seguir, uma tabela de densidade para vários materiais: As unidades de densidade ou massa específica correspondem sempre à relação entre unidades de massa e unidade de volume. As unidades mais usadas são Kg/m³, g/cm³ e kg/l. Por exemplo, a densidade da água , à temperatura de 4º C, nessas unidades vale: FÍSICA II - 1ª Parte Professor: Jonk Jones 4 Exemplos: 1. Um reservatório cilíndrico possui diâmetro de base igual a 2m e altura de 4m, sabendo-se que o mesmo está totalmente preenchido com gasolina (720 kg/m³), determine a massa de gasolina presente no reservatório (Dados: V=Ab . h). Resolução: V = Ab x h Ab = (п d²) /4 V = {[(3,14) 2²] x 4} / 4 V = (3,14) x 4 = 12,56 m³ 2. Um bloco de massa 20 kg ocupa um volume de 0,02 m³. Qual é o valor de sua densidade? Resolução: d = m / v d = 20 kg / 0,02 m³ = 1000 kg/m³ = 1,0 . 10³ kg/m³ 3. Determine o peso em N de uma placa retangular de área igual a 2m² de forma a produzir uma pressão de 5000Pa. Solução Calculo do Peso P = F / A F = P A F = 5000 (Pa) X 2 (m²) = 10000 N FÍSICA II - 1ª Parte Professor: Jonk Jones 5 Exercícios 1 : 1. Um objeto feito de ouro maciço tem 500g de massa e 25 cm³ de volume. Determine a densidade do objeto e a massa especifica do ouro em g/cm³ e kg/m³. 2. Um cilindro tem 5 cm² como área de base 20 cm de altura, sendo sua massa igual a 540g. Esse cilindro tem a parte central oca na forma de um paralelepípedo do volume 64 cm³. Determine: a) a densidade do cilindro; b) a massa especifica da substancia de que é feito (Dados: Vsubst. = V - Voca). 3. Misturam-se massas iguais de dois líquidos de densidade d1 = 0,4 g/cm³ e d2 = 0,6 g/cm³. Determine a densidade da mistura, suposta homogênea (Dado: d=2m / (V1 + V2). 4. Misturam-se volumes iguais de dois líquidos de densidade d1=0,4 g/cm³ e d2=0,6 g/cm³. Determine a densidade da mistura, suposta homogênea (Dado: d= (m1 +m2) / 2V). 5. Determine a massa de um litro de água e de um litro de mercúrio. FÍSICA II - 1ª Parte Professor: Jonk Jones 6 Exercícios 2: 1. Uma placa circular com diâmetro igual a 0,5m possui um peso de 200N, determine em Pa a pressão exercida por essa placa quando a mesma estiver apoiada sobre o solo. 2. Uma placa circular com diâmetro igual a 1m possui um peso de 500N, determine em Pa a pressão exercida por essa placa quando a mesma estiver apoiada sobre o solo. 3. Uma área de 1,5 m² está submetida a uma pressão uniforme de 10 Pa. Qual a força total, em Newton, que age sobre a superfície? 4. Um cubo homogêneo de alumínio com 2 m de aresta está apoiado sobre uma superfície horizontal. Sabendo que a densidade do alumínio é 2,7 * 10³ kg/m³ e g = 10 m/s², qual a pressão exercida pelo bloco sobre a superfície? 5. Uma força de 25 N é exercida por um martelo na cabeça de um prego, cuja área de contato com uma superfície de madeira é de 0,30 mm². Calcule, em Pa, a pressão exercida pela ponta do prego na madeira. 6. Uma força de intensidade 2 N é aplicada perpendicularmente a uma superfície por meio de um pino de 1mm² de área. Determine a pressão, em N/m², que o pino exerce sobre a superfície. 7. Um tijolo tem dimensões 5 cm X 10 cm X 20 cm e massa 200g. Determine as pressões, expressas em N/m², que ele pode exercer quando apoiado sobre uma superfície horizontal. Adote g = 10 m/s².
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